(57)【要約】【課題】  整流子電動機に有するカーボンブラシが、駆動中にブラシホルダの中で反整流子側に跳ね返ることに対応することが課題であった。【解決手段】  整流子２１の外周部に近接して設けられた筒状のブラシホルダ５６と、このブラシホルダ５６の内壁面６５との間に空隙を有して収容され付勢部材５８により整流子片２０に圧接されたカーボンブラシ５５と、ブラシホルダ５６の少なくとも一つの内壁面６５に設けられカーボンブラシ５５の整流子側への移動よりも反整流子側への移動を困難とする多数の突出歯６６とを備え、カーボンブラシ５５が反整流子方向に跳ね返った際に、カーボンブラシ５５の後部角部７２が突出歯６６のいずれかに衝突してエネルギーを吸収するようにしたものである。【選択図】  図５
2007124726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース体に環状に取付けられた固定子と、
この固定子の内側に設けた電機子を回転自在に軸支するロータ軸と、
このロータ軸に取付けられ電機子コイルに導通接続された整流子片を有する整流子と、
この整流子の外周部に一端が近接して設けられた筒状のブラシホルダと、
このブラシホルダの内壁面との間に空隙を有して収容され付勢部材により前進して前記整流子片に圧接されたカーボンブラシと、
前記ブラシホルダの少なくとも一つの前記内壁面に設けられ前記カーボンブラシの前進方向とそれぞれが略直交する方向に延びて整流子側への移動よりも反整流子側への移動を困難とする多数の突出歯とを備え、
前記カーボンブラシが反整流子方向に跳ね返った際に前記カーボンブラシの後部角部が前記突出歯のいずれかに衝突するようにしたことを特徴とする整流子電動機。
【請求項２】
前記ブラシホルダに設けた多数の前記突出歯は、前記突出歯が設けられた前記内壁面から切り立つ阻止面を有することを特徴とする請求項１記載の整流子電動機。
【請求項３】
前記突出歯を、前記ブラシホルダの前記内壁面のうち、少なくとも前記カーボンブラシに前記整流子の外周部に有する多数の整流子片が順次摺接していく摺接開始側に設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の整流子電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気掃除機の電動送風機などに使用され、整流子に圧接するカーボンブラシを収容したブラシホルダを備える整流子電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動送風機などに使用される整流子電動機は、ロータ軸であるアーマチュアシャフトに設けた整流子であるコンミテータの外周部に、両側から圧接するカーボンブラシを収容した一対のブラシホルダを備えている。これらのブラシホルダは、その壁を等間隔に切欠くことにより形成された多数の中断部が設けられている。中断部と中断部との間に残されたブラシホルダの壁のそれぞれには、内方に突出する６個の円弧状突起が設けられ、これらの突起の各頂点により周囲を支持されて摺動可能となった四角柱状のカーボンブラシが収容されている。
【０００３】
またこのブラシホルダの円弧状突起の両側には、整流子の外周部との摺接により生じたカーボンブラシのダスト粒子を収容する収容部が設けられ、中断部を設けたことと合わせて、ダスト粒子の沈積を防止しカーボンブラシのひっかかり問題を回避するとしている。
【０００４】
その他、ブラシホルダの板状側面を一方面に切り起こした多数の舌片の先端部を、反整流子方向に折り曲げて、その先端部でカーボンブラシを摺動可能に支持しているものがある。これにより上記と同様にカーボンブラシのひっかかり問題を回避するとしている。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開２０００−３５０４１８号公報（第３頁、図２，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの従来例において、回転する整流子との摺接によってカーボンブラシから生じるダスト粉末の処理は可能であるものの、カーボンブラシが反整流子側へ跳ね返ることに対応したブラシホルダではない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、駆動中にカーボンブラシが反整流子側に跳ね返ることに対応するブラシホルダを備えた整流子電動機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の整流子電動機は、ケース体に環状に取付けられた固定子と、この固定子の内側に設けた電機子を回転自在に軸支するロータ軸と、このロータ軸に取付けられ電機子コイルに導通接続された整流子片を有する整流子と、この整流子の外周部に一端が近接して設けられた筒状のブラシホルダと、このブラシホルダの内壁面との間に空隙を有して収容され付勢部材により前進して前記整流子片に圧接されたカーボンブラシと、前記ブラシホルダの少なくとも一つの前記内壁面に設けられ前記カーボンブラシの前進方向とそれぞれが略直交する方向に延びて整流子側への移動よりも反整流子側への移動を困難とする多数の突出歯とを備え、前記カーボンブラシが反整流子方向に跳ね返った際に前記カーボンブラシの後部角部が前記突出歯のいずれかに衝突するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の整流子電動機は、ブラシホルダに収容されたカーボンブラシが、ロータ軸に設けられた整流子の整流子片に円滑に摺接されるようにして、安定した駆動を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明による整流子電動機の一実施態様について、図１から図７を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、電気掃除機に使用される電動送風機１を示している。この電動送風機１には、本発明の１つの実施形態に係る整流子電動機２が組み込まれている。整流子電動機２は、ケース体としての略円筒状の胴体ケース３を有している。
【００１１】
また、胴体ケース３には、軸方向の一端である前端面に円筒状の開口部５が形成されているとともに、この開口部５の周囲から外周方向に向けて環状に突出する断面略Ｌ字状のフランジ部６が屈曲形成されている。また、この胴体ケース３の軸方向の他端である後端面は、後板部７により閉塞するとともに、この後板部７の中央部を後方に向けて略円筒状に突出させた軸支部８の内側には、ベアリング９が保持されている。さらに、胴体ケース３の後部近傍の周面には、排気口としての吹出口１０が複数開口されている。
【００１２】
さらに、胴体ケース３の前端部には、長尺板状のブリッジ部１１が胴体ケース３の開口部５の中央を横断して覆い、その両端部がねじ１２によりフランジ部６に取付けられている。また、ブリッジ部１１の略中央部には、内周側にベアリング１３を嵌合して収容した円筒状の軸支部１４が設けられている。なお、ブリッジ部１１により覆われていない胴体ケース３の開口部５の部分が図示しない通風路となる。
【００１３】
一方、胴体ケース３には、鉄板が積層された略筒状のコア１５にコイル１６が巻装された固定子１７が取付けられている。また後板部７の軸支部８とブリッジ部１１の軸支部１４とで支持されたベアリング９，１３により、ロータ軸１８が回転自在に軸支されている。そして、このロータ軸１８の後板部７の近傍には、略板状の整流子片２０がその外周面に多数配設されたコンミュテータとも呼ばれる整流子２１が設けられている。さらに、ロータ軸１８に固定された積層鉄心２２には、各整流子片２０に引き出し線２４が接続されたコイル２５が巻装され、これらにより回転子とも呼ばれる電機子２６を構成している。
【００１４】
そして、固定子１７のコア１５には、絶縁性部材にて略角筒状に形成された一対の端子台２８が、整流子２１を中心に径方向に対向した位置にそれぞれ取付けられている。また、胴体ケース３には、その径方向に対向した位置に一対設けられたブラシ機構部３０のホルダー絶縁部３１がそれぞれねじ３２により取付けられている。
【００１５】
一方、ブリッジ部１１の前側には、円盤状のディフューザ３３がねじ３４により固定されている。さらに、このディフューザ３３の前方に位置して、円盤状のファン３５が配置されている。このファン３５は、回転により生じる空気との摩擦により発生する熱に対して耐熱性を有し、回転の際の慣性や質量などを考慮して、例えばアルミニウム合金などにて形成されている。
【００１６】
また、ファン３５は、中心部にロータ軸１８が嵌挿する嵌挿孔３６を有する円板状の下板３７と、この下板３７と所定の間隔を有して対向し、中心に通風孔３８を開口して下板３７側に向けて拡開する上板４０と、下板３７と上板４０との間に設けられ、その中心部から放射方向に渦巻き状の吸気風路４１を複数に区画するファン翼４２とを備えている。
【００１７】
そして、ロータ軸１８が下板３７に有する嵌挿孔３６に挿入され、ロータ軸１８の先端に設けたねじ部４３に係合する６角ナット４４と図示しないスリーブとによって、両面のワッシャ４５を介して嵌挿孔３６の外周部を挟持することにより、ファン３５はロータ軸１８に対して固定されている。なお、ファン３５は、ロータ軸１８が回転することにより、空気をファン翼４２の作用によって外周に放出するように回転する。
【００１８】
一方、ブリッジ部１１にねじ３４で固定された前記ディフューザ３３は、その表側でかつファン３５の外周部を複数に区画した整流板４７、および裏側の略全面を複数に区画してファン翼４２の渦巻き方向と反対方向の渦巻状とした整流壁４８が設けられ、気体の風路４９の一部を形成している。
【００１９】
また、胴体ケース３のフランジ部６の外周部には、有底円筒状のファンカバー５０が嵌合され、このファンカバー５０によりファン３５が覆われている。このファンカバー５０は、前面の中央部にファン３５の通風孔３８に対向する吸気口５１が開口されている。
【００２０】
次に、図２から図６によりブラシ機構部３０につき詳述する。ブラシ機構部３０は、前記電機子２６の整流子２１に長手方向の一端面が摺接する断面４角形のカーボン等の素材からなるカーボンブラシ５５と、このカーボンブラシ５５を内部で移動可能に収容されたブラシホルダ５６とを備えている。このブラシホルダ５６は、断面がほぼ４角形の筒状をして内側にカーボンブラシ５５が進退可能に嵌挿される導電性の金属材料からなるブラシ収容部５７と、このブラシ収容部５７の約半分と嵌合し、合成樹脂性の絶縁材料からなる前記ホルダー絶縁部３１とにより構成されている。
【００２１】
また、ブラシ機構部３０には、ブラシ収容部５７に収容されたカーボンブラシ５５を、整流子２１に向かって前進させる方向に付勢して整流子片２０に圧接し、電気的に導通させるコイルスプリング５８が配設されている。さらに、一端部がカーボンブラシ５５に固定され、他端部がホルダー絶縁部３１の端面に嵌合して固定されるブラシキャップ５９に接続された連結用ピッグテイル６０が設けられている。
【００２２】
このブラシキャップ５９は、前記端子台２８の電極に接触する接続端子６１に電気的に接続されている。これらのカーボンブラシ５５とピッグテイル６０とコイルスプリング５８とブラシキャップ５９は、図３に見られるように、一体化してブラシホルダ５６の内部に挿入され固定されている。
【００２３】
ブラシ収納部５７は、図４で示す縦断面で見ると、ロータ軸１８の回転軸と平行方向の２つの長辺ａと、ロータ軸１８と直角方向の２つの短辺ｂとの４辺からなっている。これらの長辺ａを含む２つの長辺内壁面６３、および短辺ｂを含む２つの短辺内壁面６４により、ブラシ収容部５７の４面の内壁面６５が構成されているが、これらのうち、対向する２つの長辺内壁面６３には、断面が三角形をなし整流子２１側に向かって傾斜して突出するノコギリ歯状の突出歯６６が多数設けられている。これらの突出歯６６は、カーボンブラシ５５が整流子２１に向って前進する方向と直交する方向に沿って延びそれぞれ平行かつ等間隔に設けられている。
【００２４】
それぞれの突出歯６６の幅は、長辺内壁面６３の幅と等しいか、またはわずかに少ない幅を有し、その高さは、それぞれ１ｍｍ前後となっている。これらの突出歯６６の幅は、当接するカーボンブラシ５５の幅に等しいか、それより大きい寸法の方が後述する効果をより多く発揮できる。また、これらの対向する２面の長辺内壁面６３からそれぞれ突出した突出歯６６の先端間の離間距離は、カーボンブラシ５５の横幅よりも０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度大きな寸法となっている。これら両者の寸法の違いにより、カーボンブラシ５５の外周と４辺の内壁面６５との間には空隙が生じることになる。
【００２５】
次に、上記実施の形態である電動送風機１および整流子電動機２の動作を説明する。図示されていないスイッチを入れることにより、整流子電動機２が駆動させる。すなわち、商用交流電源の電圧により固定子１７のコイル１６に電流が流れてコア１５が磁気化され、固定子１７の内周部に極性が異なるＮ極およびＳ極の複数の固定極を形成するとともに、端子台２８からカーボンブラシ５５および整流子２１を介して電機子２６のコイル２５に電流が流れて、電機子２６の外周部にある所定の位置に極性の異なるＮ極およびＳ極の複数の可動極が形成され、固定子１７の固定極および電機子２６の可動極の反発および吸引により電機子２６とともにロータ軸１８が回転し、ファン３５がファン翼４２の渦巻き方向に回転する。
【００２６】
このファン３５の回転により、ファンカバー５０の吸気口５１から空気が吸気され、ファン３５の通風孔３８から入った空気はファン翼４２によりファン３５の外周側に外方に向けて吹き出される。このファン３５の外周から吹き出された吸気流は、対向するディフューザ３３の表側、および裏側に有する風路４９を通過していく。
【００２７】
そして、渦巻き状にディフューザ３３の中心に向けて流れ、開口部５の中央を横断するブリッジ部１１の両脇から胴体ケース３内に流入し、固定子１７および電機子２６の周囲にある空間を後板部７に向って流れ、これらを冷却しつつ通過して吹出口１０から外方に排気される。
【００２８】
図５および図６により、このような整流子電動機２の駆動中における整流子２１とブラシホルダ５６との具体的関係を説明する。矢印Ａ方向に高速回転する整流子２１に設けられた多数の整流子片２０は、対向して設けた一対のブラシホルダ５６に収容されるそれぞれのカーボンブラシ５５の先端に、接触開始側７０から順次摺接していくことにより、電流が交流から直流に変換されて電機子２６のコイル２５に供給される。
【００２９】
このとき、カーボンブラシ５５に対し、回転する整流子２１の外周部に有する多数の整流子片２０が順次摺接していくため、両者の摩擦抵抗により図５に示すように、ブラシホルダ５６の内部で回転方向に傾いているときが多い。すなわち、カーボンブラシ５５の接触開始側７０の一側前部７１は内壁面６５の先端部から離間し、一側後端角部７２は内壁面６５の突出歯６６に接している。一方、カーボンブラシ５５の接触開始側７０と反対側の他側前部７３は内壁面６５の先端部に接し、他側後端角部７４は内壁面６５から離れている。
【００３０】
このような状態のときに、整流子２１との圧接により整流子片２０で研磨されたカーボンブラシ５５の粉末が、カーボンブラシ５５の先端面と整流子２１の外周面との間に入り込むことなどにより、カーボンブラシ５５がコイルスプリング５８の付勢力に逆らって後方である反整流子側に跳ね返されることがある。
【００３１】
その際、内壁面６５に接しているカーボンブラシ５５の後端角部７２が、跳ね返された状況により１個または複数個の突出歯６６に衝突することによってエネルギーが吸収され、後方である反整流子側への移動量が抑えられる。これにより、再びコイルスプリング５８の付勢力によりカーボンブラシ５５の先端が整流子２１の外周面に向かって素早く移動して復帰することが可能となる。このように前方に復帰する際、内壁面６５に設けた突出歯６６は断面が三角形をして整流子２１側に向かって傾斜して突出していることにより、カーボンブラシ５５の移動に対する抵抗が少なく高速で移動することができる。
【００３２】
これにより、整流子片２０とカーボンブラシ５５とが離間している時間と距離に応じて発生する電気スパークと発熱を抑えることにより、カーボンブラシ５５に含まれる樹脂成分が摩擦熱などにより溶解して、ブラシ収容部５７の内壁面６５に付着し、カーボンブラシ５５が整流子片２０から離間したままとなって、整流子電動機２の回転が不安定になることを防止できる。
【００３３】
長期的にカーボンブラシ５５は、整流子２１との圧接および摺接により先端が研磨されてカーボン粉末となり飛散していくことにより全長が短くなっていく。これにより、カーボンブラシ５５の後端角部７２と内壁面６５との接触位置は、少しずつ整流子２１に向かって前進していくが、いずれの位置においても突出歯６６が設けられていることにより、反整流子側へ跳ね返されたときにカーボンブラシ５５のエネルギーを吸収することができる。
【実施例２】
【００３４】
図７に示すように、ブラシホルダ５６の内壁面６５に設けられる突出歯６６は、図６に示したような（ａ）とは異なり、（ｂ）から（ｆ）に示したような断面形状とすることができる。これらには、いずれもカーボンブラシ５５の反整流子方向への移動に抵抗となる阻止面７５と、整流子方向への復帰にあまり抵抗とならない傾斜面７６または円弧状面７７を備えている。
【００３５】
図７の（ａ）に示す内壁面６５から鋭角に突出する突出歯６６は、断面が整流子２１方向に面する阻止面７５とその反対側に面する傾斜面７６とからなる三角形をなし、阻止面７５は先端が前方に突出するように傾斜している。これにより傾斜面７６はカーボンブラシ５５の前進移動を容易にするとともに、整流子２１の外周面からカーボンブラシ５５が跳ね返った際、突出歯６６が後端角部７２に食込むように作用して、後進移動を最も強力に阻止することができる。
【００３６】
（ｂ）、（ｃ）に示した突出歯６６は、阻止面７５が内壁面６５から直角、または後方に向かって鈍角に立ち上がっていることにより、カーボンブラシ５５の衝撃が緩衝されて後端角部７２が突出歯６６によって削られることによる磨耗度を減らすとともに、突出歯６６の強度を持たせることができる。
【００３７】
（ｄ）、（ｅ）に示した突出歯６６は、傾斜面７６を２つの傾斜する平面、または円柱状の曲面で形成したことにより、それぞれの突出歯６６を肉厚として強度を増すとともに配置ピッチを狭くすることができ、連続する突出歯６６を多数設けて、跳ね返ったカーボンブラシ５５の制動力を高めることができる。
【００３８】
（ｆ）に示した突出歯６６は、傾斜面７６の傾斜角度を緩慢にしたことにより、配置ピッチが広くなるものの、個々の突出歯６６の強度を高めることができる。これら（ａ）から（ｆ）の突出歯６６に有する阻止面７５は、それぞれ突出歯６６が設けられたブラシホルダ５６の内壁面６５から切り立って設けられている。
【００３９】
これらの突出歯６６の（ａ）から（ｆ）は、カーボンブラシ５５が反整流子方向へ移動することを１個の突出歯６６で阻止する場合と、複数個の突出歯６６とにより阻止する場合とがある。すなわち、ブラシホルダ５６に収容されたカーボンブラシ５５の傾斜角度、反整流子側への跳ね返りエネルギー、カーボンブラシ５５が整流子２１の外周面から跳ね返る直前の後端角部７２と直近にある突出歯６６の阻止面７５との離間距離、突出歯６６の配置ピッチと高さ、および阻止面７５の形状や傾斜角度などによって、突出歯６６の１個で阻止される場合と複数個を乗り越えて制動された後に阻止される場合とがある。
【００４０】
また、これらの内壁面６５に設けられた突出歯６６の形状、ピッチ、および高さは、カーボンブラシ５５の質量によって適宜選択することができる。その際、内壁面６５の幅および高さと、カーボンブラシ５５の幅ならびに高さとの差は、カーボンブラシ５５の後端角部７２が突出歯６６に衝突して、十分なエネルギーを消費できるカーボンブラシ５５の傾斜角度が得られるものとする必要がある。
【００４１】
上記実施例では、断面が４角形の内壁面において、整流子に設けた多数の整流子片のカーボンブラシに対する接触開始側とその反対側との２つの長辺内壁面に突出歯を設けたが、これに限ることなく、例えば、多数の整流子片の接触開始側のみの長辺内壁面に突出歯を設けても良い。または、上記実施例と１８０度の角度にある２面の短辺内壁面にそれぞれ対応して突出歯を設けたり、４面全面に断面が図７と同様な突出歯を設けることもできる。この長辺内壁面および短辺内壁面の４面に突出歯を設けた場合には、カーボンブラシが整流子の回転によりどの方向に傾斜して跳ね返っても、４つの後端角部のいずれかが突出壁に衝突してカーボンブラシのエネルギーを吸収することができる。
【００４２】
また上記実施例では、整流子とカーボンブラシとの圧接または摺接によって生じたカーボン粉末は、内壁面に設けた突出歯間の底部に堆積されるが、さらに、ブラシホルダの内壁面に多数の貫通孔を設けることにより、そこから外方に放出できるようにすることができる。
【００４３】
さらにブラシホルダは、断面４角形の筒状に限らず、断面が他の多角形または円形であっても良いものである。これらの場合、内壁面の全面、または１から２方面に整流子の方向に向って連続的に平行した突出歯を設ける必要がある。
【００４４】
本発明の整流子電動機としては、電気掃除機の電動送風機に限らず、各種の機器において用いることができる。
【００４５】
以上説明したように、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の整流子電動機が組み込まれた電動送風機を示す一部断面図である。（実施例１）
【図２】図１に示す整流子電動機に設けたブラシ機構部の縦断面図である。
【図３】図２に示すブラシ機構部の分解斜視図である。
【図４】図２に示すブラシ機構部のブラシ収納部における横断面図である。
【図５】図２に示すブラシ機構部の拡大部分断面図である。
【図６】図２に示すブラシ機構部の拡大部分断面図である。
【図７】本発明の整流子電動機のブラシ機構部に有する他の突出歯を示す断面図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００４７】
２    整流子電動機
３    ケース体（胴体ケース）
１７  固定子
１８  ロータ軸
２０  整流子片
２１  整流子
２５  電機子コイル
２６  電機子
５５  カーボンブラシ
５６  ブラシホルダ
５８  付勢部材（コイルスプリング）
６５  内壁面
６６  突出歯
７０  摺接開始側
７２  後部角部
７５  阻止面
【図１】
2007124726.tif 000003
【図２】
2007124726.tif 000004
【図３】
2007124726.tif 000005
【図４】
2007124726.tif 000006
【図５】
2007124726.tif 000007
【図６】
2007124726.tif 000008
【図７】
2007124726.tif 000009